技术：含砷废水技术研究

技术技术|含砷废水技术研究含砷废水技术研究砷是广泛分布在环境中带有剧毒的类金属元素,主要来源于农药、化肥、生产玻璃制品、冶金工业废物、熔炼和采矿业等[1]。长期接触砷会导致严重的健康问题,例如角化病、坏疽或癌症等。《生活饮用水卫生标准》中规定饮用水中砷含量小于等于0.01mg·L-1。全世界不同的水域环境中受到砷污染影响的人已超过1亿。因此,人类需要开发一种高效率、低成本的方法从水环境中将As(Ⅴ)溶液去除。Lee等使用胺掺杂的丙烯酸离子交换纤维去除10mg·L-1的As(Ⅴ)溶液,60min达到平衡状态,去除率为98.5%;Asmel等[6]利用纳米铁离子富集材料(NIIEM)去除1mg·L-1的As(Ⅴ)溶液,2h后去除率达到97%;Li等利用MOF-808纳米晶体去除5mg·L-1的As(Ⅴ)溶液,30min后去除率达到95%。但都没有高级氧化技术更高效、普遍、彻底。高级氧化技术因具有操作过程简单、反应物易得、费用低、无需复杂设备、不会分解产生新的有害物质、对后续处理无毒害作用、对环境友好等优点已被广泛使用。与其他过渡金属相比,Fe2+原料易得、价格便宜,但是体系中过量的Fe2+和硫酸根自由基(SO4-·)会发生反应,使得SO4-·的利用率降低。零价铁(zerovalentiron,ZVI)可充当铁源,持续释放Fe2+,激活过硫酸钠(sodiumpersulfate,PS)。且有学者研究发现,使用ZVI作为Fe2+来源比直接加入亚铁盐的效果好,因为ZVI可以附着在固体上形成过滤的效果。PS因具有高水溶性、成本低廉、易储存、在地下有更好的化学稳定性等优点使其成为最有前景的原位化学氧化剂(ISCO)。ZVI活化PS是一种成本低廉、高效且环保的技术。鉴于国内外采用ZVI活化PS处理水体中As(Ⅴ)溶液的研究鲜见报道,本文将采用此方法,通过改变PS和ZVI投加量、反应温度、pH值、As(Ⅴ)溶液初始浓度,分析ZVI活化PS对As(Ⅴ)溶液的去除效果和动力学的影响。1、材料与方法、材料与方法1.11.1药品与仪器药品与仪器过硫酸钠(PS)购于天津大学科威公司、零价铁粉(ZVI)购于天津市福晨化学试剂厂、硝酸(HNO3)购于天津化学试剂厂、氢氧化钠(NaOH)购于天津市风船化学试剂科技有限公司。1g·L-1AsCl5购于中国国家标准物质研究中心,实验用水均为去离子水,所用药品均为分析纯。电子分析天平AL204(上海伊准仪器公司)、水浴恒温振荡器XMTB(天津市中环实验电炉有限公司)、场发射扫描电子显微镜SUPRA55VP(德国ZEISS公司)、X射线光电子能谱分析仪PHI1600(美国PE公司)、电感耦合等离子质谱仪ELAN900(美国PerkinElmer公司)、pH计雷磁-360(上海雷磁仪器厂)。1.21.2试验方法试验方法本实验采用的废水为自行配置,首先检测1g·L-1As(Ⅴ)标准溶液的pH值为1.17,将其稀释到所需浓度,并调节pH值后放入容量瓶中备用。称取一定量的PS、ZVI放入100mL聚乙烯瓶中。用量筒取100mL的As(Ⅴ)溶液倒入聚乙烯瓶中,将其放在水浴恒温振荡器上振荡(160r·min-1),设定温度。分别在0.5、1、2、5、10、20、30、60、120min时用注射器取样,并将样品经0.42μm针头滤膜过滤后,利用3%的硝酸定容,等待检测。所有批实验如表1所示。表1批实验的控制变量批实验的控制变量2、实验实验与讨论与讨论2.12.1表征表征为了观察ZVI反应前后表面形貌的变化,对其进行了环境扫描电镜(SEM)分析。图1(a)为加入ZVI的SEM照片,从中可以看出直径大约为6μm的ZVI呈现出不规则、凹凸不平的光滑表面,其他学者在相关研究中也得到了类似光滑表面的ZVI[11,16,17]。图1(b)为ZVI活化PS后去除As(Ⅴ)溶液的SEM照片,反应后团聚成直径大约为12μm的ZVI其表面呈现明显的裂纹和孔穴,外貌变得较为蓬松,出现了腐蚀产物层[18]。其他学者用ZVI活化PS后也得到了铁腐蚀产物[19,20]。经ZVI活化PS后更容易被腐蚀,进而更有利于溶液中As(Ⅴ)的去除。图1ZVI1ZVI和PS+ZVIPS+ZVI的SEMSEM照片照片2.2ZVI2.2ZVI活化活化PSPS去除水中去除水中As(As(Ⅴ)溶液的影响因素溶液的影响因素反应条件对去除率有重要的影响,结果如图2所示。仅加入0.5g的ZVI,仅加入0.1g的PS与加入0.1g的PS、0.5g的ZVI去除As(Ⅴ)溶液的三组实验对照[图2(a)]。结果表明：利用ZVI活化PS产生的SO4-·对As(Ⅴ)溶液的去除能力远远大于PS或ZVI。利用ZVI活化PS在10min时基本达到平衡状态,As(Ⅴ)溶液的去除率在98.78%~99.95%